Apakah Anda berencana untuk memperbarui jaringan listrik atau menambah saluran listrik ke dapur untuk menghubungkan kompor listrik baru? Pengetahuan minimum tentang penampang konduktor dan efek dari parameter ini pada daya dan arus listrik bermanfaat di sini.
Setuju bahwa perhitungan yang salah dari penampang kabel menyebabkan panas berlebih dan korsleting atau ke biaya yang tidak dapat dibenarkan.
Sangat penting untuk melakukan perhitungan pada tahap desain, karena kegagalan kabel tersembunyi dan penggantian selanjutnya penuh dengan biaya yang signifikan. Kami akan membantu Anda menangani seluk-beluk perhitungan untuk menghindari masalah dengan operasi lebih lanjut dari jaringan listrik.
Agar tidak membebani Anda dengan perhitungan yang rumit, kami memilih formula dan opsi perhitungan yang dapat dimengerti, memberikan informasi dalam bentuk yang dapat diakses, memberikan penjelasan pada formula tersebut. Juga, foto tematik dan materi video ditambahkan ke artikel, yang memungkinkan untuk memahami dengan jelas esensi masalah yang sedang dipertimbangkan.
Perhitungan penampang oleh kekuatan konsumen
Tujuan utama dari konduktor adalah pengiriman energi listrik kepada konsumen dalam jumlah yang dibutuhkan. Karena superkonduktor tidak tersedia dalam kondisi operasi normal, hambatan material konduktor harus diperhitungkan.
Perhitungan penampang konduktor dan kabel yang diperlukan tergantung pada total daya konsumen berdasarkan pengalaman operasi jangka panjang.
Galeri Gambar
Foto dari
Berbagai jenis kabel untuk perangkat kabel
Ketebalan berbeda untuk konduktor untuk penggunaan rumah tangga
Jumlah core di berbagai merek kabel
Opsi Kabel Terdampar
Kami memulai proses perhitungan umum dengan terlebih dahulu melakukan perhitungan menggunakan rumus:
P = (P1 + P2 + .. PN) * K * J,
Dimana:
- P - kekuatan semua konsumen yang terhubung ke cabang yang dihitung dalam Watt.
- P1, P2, PN - kekuatan konsumen pertama, kedua, n-th, masing-masing, dalam Watts.
Setelah menerima hasil di akhir perhitungan sesuai dengan rumus di atas, sudah waktunya untuk beralih ke data tabel.
Sekarang Anda harus memilih bagian yang diperlukan sesuai dengan tabel 1.
Tabel 1. Penampang konduktor kawat harus selalu dipilih di sisi yang lebih besar terdekat (+)
Tahap # 1 - perhitungan daya reaktif dan aktif
Kapasitas konsumen ditunjukkan dalam dokumen untuk peralatan. Biasanya, sertifikat peralatan menunjukkan daya aktif bersama dengan daya reaktif.
Perangkat dengan jenis beban aktif mengubah semua energi listrik yang diterima, dengan mempertimbangkan efisiensi, menjadi pekerjaan yang bermanfaat: mekanis, termal, atau bentuk lainnya.
Perangkat dengan beban aktif termasuk lampu pijar, pemanas, kompor listrik.
Untuk perangkat semacam itu, perhitungan daya untuk arus dan tegangan memiliki bentuk:
P = U * I,
Dimana:
- P - daya dalam watt;
- U - tegangan dalam V;
- saya - kekuatan saat ini di A.
Perangkat dengan jenis beban reaktif dapat mengumpulkan energi dari sumbernya, dan kemudian mengembalikannya. Pertukaran semacam itu terjadi karena perpindahan arus sinusoidal dan tegangan sinusoidal.
Pada perpindahan fase nol, daya P = U * I selalu memiliki nilai positif. Grafik fase arus dan tegangan adalah perangkat dengan jenis beban aktif (I, i - current, U, u - voltage, π - pi number, sama dengan 3.14)
Perangkat daya reaktif termasuk motor listrik, perangkat elektronik dari semua ukuran dan tujuan, dan transformator.
Ketika ada pergeseran fasa antara arus sinusoidal dan tegangan sinusoidal, daya P = U * I bisa negatif (I, i adalah arus, U, u adalah tegangan, π adalah angka pi sama dengan 3,14). Perangkat daya reaktif mengembalikan energi yang tersimpan ke sumber
Jaringan listrik dibangun sedemikian rupa sehingga mereka dapat mengirimkan energi listrik dalam satu arah dari sumber ke beban.
Oleh karena itu, energi yang dikembalikan konsumen dengan beban reaktif adalah parasit dan dihabiskan untuk konduktor pemanas dan komponen lainnya.
Daya reaktif tergantung pada sudut fase antara tegangan dan sinusoid saat ini. Sudut fase dinyatakan dalam cosφ.
Untuk menemukan kekuatan penuh, gunakan rumus:
P = Q / cosφ,
Dimana Q - Daya reaktif dalam VA.
Biasanya, data paspor pada perangkat menunjukkan daya reaktif dan cosφ.
Contoh: di paspor perforator menunjukkan kekuatan reaktif sebesar 1200 VAR dan cosφ = 0,7. Oleh karena itu, konsumsi daya total akan sama dengan:
P = 1200 / 0,7 = 1714 W
Jika cosφ tidak dapat ditemukan, untuk sebagian besar peralatan listrik rumah tangga, cosφ dapat diambil sama dengan 0,7.
Tahap # 2 - pencarian koefisien simultanitas dan margin
K - Koefisien simultanitas tanpa dimensi, menunjukkan berapa banyak konsumen yang secara bersamaan dapat dimasukkan dalam jaringan. Jarang terjadi bahwa semua perangkat secara bersamaan mengkonsumsi listrik.
Operasi simultan TV dan pusat musik tidak mungkin. Dari praktik yang ditetapkan, K dapat diambil sama dengan 0,8. Jika Anda berencana untuk menggunakan semua konsumen secara bersamaan, K harus dianggap sama dengan 1.
J - Faktor keamanan tanpa dimensi. Ini mencirikan penciptaan cadangan daya untuk konsumen masa depan.
Kemajuan tidak berhenti, setiap tahun peralatan listrik baru dan mengejutkan baru dan berguna diciptakan. Pada 2050, pertumbuhan konsumsi listrik diperkirakan akan mencapai 84%. Biasanya, J diasumsikan dari 1,5 menjadi 2,0.
Tahap # 3 - melakukan perhitungan geometrik
Dalam semua perhitungan listrik, area penampang konduktor diambil - bagian inti. Diukur dalam mm2.
Seringkali penting untuk mempelajari cara menghitung penampang kabel yang benar sesuai dengan diameter kawat konduktor.
Dalam hal ini, ada rumus geometris sederhana untuk kawat bundar monolitik:
S = π * R2 = π * D2/4, atau sebaliknya
D = √ (4 * S / π)
Untuk konduktor penampang persegi panjang:
S = h * m,
Dimana:
- S - area inti dalam mm2;
- R - jari-jari inti dalam mm;
- D - diameter inti dalam mm;
- h, m - lebar dan tinggi, masing-masing, dalam mm;
- π Apakah angka pi sama dengan 3,14.
Jika Anda membeli kawat yang terdampar, di mana satu konduktor terdiri dari banyak kawat bengkok dari penampang melingkar, maka perhitungan dilakukan sesuai dengan rumus:
S = N * D2/1,27,
Dimana N - jumlah kabel di vena.
Kabel yang memiliki inti bengkok dari beberapa kabel umumnya memiliki konduktivitas lebih baik daripada kabel monolitik. Ini disebabkan oleh kekhasan arus yang mengalir melalui konduktor sirkuler.
Arus listrik adalah pergerakan muatan yang sama di sepanjang konduktor. Tuduhan dengan nama yang sama mengusir, oleh karena itu, kepadatan distribusi muatan digeser ke permukaan konduktor.
Keuntungan lain dari kawat yang terdampar adalah fleksibilitas dan ketahanan mekanisnya. Kabel monolitik lebih murah dan digunakan terutama untuk instalasi tetap.
Tahap # 4 - menghitung bagian daya dalam praktek
Tugas: Total daya konsumen di dapur adalah 5.000 watt (artinya daya semua konsumen reaktif diceritakan). Semua konsumen terhubung ke jaringan 220 V fase tunggal dan memiliki daya dari satu cabang.
Tabel 2. Jika Anda berencana untuk menghubungkan konsumen tambahan di masa mendatang, tabel tersebut menunjukkan kapasitas yang diperlukan dari peralatan rumah tangga biasa (+)
Keputusan:
Koefisien simultanitas K diasumsikan sama dengan 0,8. Dapur adalah tempat inovasi terus-menerus, tidak peduli, faktor keamanan J = 2.0. Total kapasitas yang diperkirakan adalah:
P = 5000 * 0,8 * 2 = 8000 W = 8 kW
Dengan menggunakan nilai daya desain, kami mencari nilai terdekat pada tabel 1.
Penampang konduktor konduktor terdekat yang cocok untuk jaringan fase tunggal adalah konduktor tembaga dengan penampang 4 mm2. Ukuran kawat serupa dengan inti aluminium 6 mm2.
Untuk kabel inti tunggal, diameter minimum masing-masing adalah 2,3 mm dan 2,8 mm. Dalam kasus opsi multicore, penampang inti individu ditambahkan.
Galeri Gambar
Foto dari
Kamar dengan jumlah maksimum peralatan rumah tangga
Peralatan teknis kamar mandi dan kamar mandi gabungan
Menghubungkan Konsumen Power
Blokir outlet untuk peralatan berdaya rendah
Hob membutuhkan koneksi yang tepat
Saluran listrik untuk mesin cuci
Cabang listrik terpisah untuk lemari es
Konsumen energi yang kuat di kamar mandi dan kamar mandi
Perhitungan penampang saat ini
Perhitungan penampang yang diperlukan untuk arus dan kekuatan kabel dan kawat akan memberikan hasil yang lebih akurat. Perhitungan semacam itu memungkinkan untuk mengevaluasi efek umum dari berbagai faktor pada konduktor, termasuk beban termal, tingkat kawat, jenis peletakan, kondisi operasi, dll.
Seluruh perhitungan dilakukan selama langkah-langkah berikut:
- pemilihan daya semua konsumen;
- perhitungan arus yang melewati konduktor;
- pemilihan penampang yang sesuai sesuai dengan tabel.
Untuk versi perhitungan ini, daya konsumen saat ini dengan voltase diambil tanpa mempertimbangkan faktor koreksi. Mereka akan diperhitungkan saat menjumlahkan kekuatan saat ini.
Tahap # 1 - perhitungan kekuatan saat ini dengan formula
Bagi mereka yang telah melupakan mata pelajaran fisika sekolah, kami menawarkan rumus dasar dalam bentuk diagram grafik sebagai lembar contekan visual:
"Roda Klasik" menunjukkan keterkaitan formula dan saling ketergantungan karakteristik arus listrik (kekuatan I - saat ini, kekuatan P - daya, tegangan - U, jari - jari inti R)
Mari kita tuliskan ketergantungan kekuatan arus I pada daya P dan tegangan saluran U:
I = P / Ul,
Dimana:
- saya - kekuatan saat ini, diambil dalam ampere;
- P - daya dalam watt;
- Ul - voltase saluran dalam volt.
Tegangan linear dalam kasus umum tergantung pada sumber catu daya, yaitu fase tunggal dan tiga fase.
Hubungan tegangan linear dan fase:
- Ul = U * cosφ dalam hal tegangan fase tunggal.
- Ul = U * √3 * cosφ dalam hal tegangan tiga fase.
Untuk konsumen listrik rumah tangga, cosφ = 1 diambil, sehingga tegangan linier dapat ditulis ulang:
- Ul = 220 V untuk tegangan fase tunggal.
- Ul = 380 V untuk tegangan tiga fase.
Selanjutnya, kami merangkum semua arus yang dikonsumsi oleh rumus:
I = (I1 + I2 + ... IN) * K * J,
Dimana:
- saya - total kekuatan arus dalam ampere;
- I1..IN - Kekuatan saat ini dari setiap konsumen dalam ampere;
- K - koefisien simultanitas;
- J - faktor keamanan.
Koefisien K dan J memiliki nilai yang sama yang digunakan dalam menghitung daya total.
Mungkin ada kasus ketika dalam jaringan tiga fase arus kekuatan tidak merata mengalir melalui konduktor fase yang berbeda.
Ini terjadi ketika konsumen fase tunggal dan konsumen tiga fase dihubungkan ke kabel tiga fase secara bersamaan. Misalnya, mesin tiga fase dan penerangan satu fase diberi daya.
Sebuah pertanyaan alami muncul: bagaimana bagian melintang dari kawat yang terdampar dihitung dalam kasus seperti itu? Jawabannya sederhana - perhitungan dibuat untuk inti yang paling banyak dimuat.
Tahap # 2 - memilih bagian yang sesuai dengan tabel
Dalam aturan untuk pengoperasian instalasi listrik (PES), sejumlah tabel diberikan untuk memilih bagian inti kabel yang diperlukan.
Konduktivitas konduktor tergantung suhu. Untuk konduktor logam, resistensi meningkat dengan meningkatnya suhu.
Jika ambang tertentu terlampaui, proses menjadi mandiri: semakin tinggi resistansi, semakin tinggi suhu, semakin tinggi resistansi, dll. sampai konduktor terbakar atau menyebabkan korsleting.
Dua tabel berikut (3 dan 4) menunjukkan penampang konduktor tergantung pada arus dan metode pemasangan.
Tabel 3. Pertama, Anda perlu memilih metode peletakan kabel, itu tergantung pada seberapa efisien pendinginan terjadi (+)
Kabel berbeda dari kawat di mana semua kabel dengan isolasi mereka sendiri pada kabel dipelintir menjadi bundel dan tertutup dalam selubung isolasi umum. Rincian lebih lanjut tentang perbedaan dan jenis produk kabel ditulis dalam artikel ini.
Tabel 4.Metode terbuka diindikasikan untuk semua nilai penampang konduktor, namun dalam praktiknya, penampang di bawah 3 mm2 tidak diletakkan secara terbuka karena alasan kekuatan mekanik (+)
Saat menggunakan tabel, faktor-faktor berikut diterapkan pada arus kontinu yang diizinkan:
- 0,68 jika 5-6 hidup;
- 0,63 jika 7-9 hidup;
- 0,6 jika 10-12 hidup.
Koefisien penurunan diterapkan ke nilai saat ini dari kolom "terbuka".
Nol dan konduktor pentanahan tidak termasuk dalam jumlah konduktor.
Menurut standar PES, pilihan penampang inti nol untuk arus kontinu yang diizinkan dibuat setidaknya 50% dari inti fase.
Dua tabel berikut (5 dan 6) menunjukkan ketergantungan arus kontinu yang diizinkan ketika meletakkannya di tanah.
Tabel 5. Ketergantungan arus kontinu yang diizinkan untuk kabel tembaga saat meletakkan di udara atau di darat
Beban saat ini ketika meletakkan terbuka dan ketika memperdalam ke tanah berbeda. Mereka dianggap sama jika berbaring di tanah dilakukan menggunakan baki.
Tabel 6. Ketergantungan arus kontinu yang diizinkan untuk kabel aluminium saat meletakkan di udara atau di darat
Tabel berikut (7) berlaku untuk pengaturan saluran catu daya sementara (bawa, jika untuk penggunaan pribadi).
Tabel 7. Arus kontinu yang diijinkan saat menggunakan kabel selang portabel, selang portabel dan kabel tambang, lampu sorot, kabel portabel yang fleksibel. Hanya konduktor tembaga yang digunakan
Saat meletakkan kabel di tanah, selain sifat melepas panas, perlu dipertimbangkan resistivitasnya, yang tercermin dalam tabel berikut (8):
Tabel 8. Faktor koreksi tergantung pada jenis dan resistivitas tanah untuk arus kontinu yang diizinkan, ketika menghitung penampang kabel (+)
Perhitungan dan pemilihan konduktor tembaga hingga 6 mm2 atau aluminium hingga 10 mm2 dilakukan seperti untuk arus kontinu.
Dalam kasus penampang besar, dimungkinkan untuk menerapkan faktor reduksi:
0,875 * √Tpv
Dimana Tpv - rasio durasi inklusi dengan durasi siklus.
Durasi inklusi diambil dari perhitungan tidak lebih dari 4 menit. Dalam hal ini, siklus tidak boleh melebihi 10 menit.
Ketika memilih kabel untuk kabel listrik di rumah kayu, perhatian khusus diberikan pada ketahanan api.
Tahap # 3 - perhitungan penampang konduktor saat ini menggunakan contoh
Tugas: hitung penampang kabel tembaga yang diperlukan untuk koneksi:
- 4000 W mesin woodworking tiga fase;
- 6000 W mesin las tiga fase;
- peralatan rumah tangga di rumah dengan total kapasitas 25.000 watt;
Koneksi akan dilakukan dengan kabel lima inti (konduktor tiga fase, satu nol dan satu ground) yang diletakkan di tanah.
Isolasi produk kabel dihitung berdasarkan nilai spesifik dari tegangan operasi. Perlu dicatat bahwa voltase operasi pabrikan untuk produknya harus lebih tinggi daripada voltase dalam jaringan
Keputusan.
Langkah 1. Kami menghitung tegangan linear dari koneksi tiga fase:
Ul = 220 * √3 = 380 V
Langkah 2. Peralatan rumah tangga, peralatan mesin dan mesin las memiliki daya reaktif, sehingga kekuatan mesin dan peralatan akan:
Pitu = 25000 / 0,7 = 35700 W
Pputaran = 10000 / 0,7 = 14300 W
Langkah # 3. Diperlukan saat ini untuk menghubungkan peralatan rumah tangga:
sayaitu = 35700/220 = 162 A
Langkah # 4. Saat ini diperlukan untuk menghubungkan peralatan:
sayaputaran = 14300/380 = 38 A
Langkah # 5. Arus yang diperlukan untuk menghubungkan peralatan rumah tangga dihitung berdasarkan perhitungan satu fase. Dengan kondisi masalah, ada tiga fase. Akibatnya, arus dapat didistribusikan secara bertahap. Untuk mempermudah, kami mengasumsikan distribusi yang seragam:
sayaitu = 162/3 = 54 A
Langkah # 6. Saat ini per fase:
sayaf = 38 + 54 = 92 A
Langkah # 7. Peralatan dan peralatan rumah tangga tidak akan bekerja pada saat yang bersamaan, kecuali untuk ini kami akan memberikan margin sebesar 1,5. Setelah menerapkan faktor koreksi:
sayaf = 92 * 1,5 * 0,8 = 110 A
Langkah # 8 Meskipun kabel berisi 5 inti, hanya tiga inti fase yang diperhitungkan.Menurut tabel 8, dalam kolom kabel tiga inti di tanah, kami menemukan bahwa arus 115 A sesuai dengan penampang inti 16 mm2.
Langkah # 9. Menurut tabel 8, kami menerapkan faktor koreksi tergantung pada karakteristik bumi. Untuk tipe lahan normal, koefisiennya adalah 1.
Langkah # 10. Opsional, hitung diameter inti:
D = √ (4 * 16 / 3.14) = 4,5 mm
Jika perhitungan dilakukan hanya dengan daya, tanpa memperhitungkan fitur kabel, penampang inti akan menjadi 25 mm.2. Perhitungan kekuatan saat ini lebih rumit, tetapi kadang-kadang menghemat uang yang signifikan, terutama ketika menyangkut kabel daya multi-core.
Hubungan antara tegangan dan arus dapat ditemukan lebih detail di sini.
Perhitungan penurunan tegangan
Setiap konduktor, kecuali superkonduktor, memiliki hambatan. Oleh karena itu, dengan kabel atau panjang kawat yang cukup, terjadi penurunan tegangan.
Standar PES mensyaratkan bahwa penampang inti kabel sedemikian rupa sehingga penurunan tegangan tidak lebih dari 5%.
Tabel 9. Tahanan konduktor logam biasa (+)
Ini terutama berkaitan dengan kabel tegangan rendah dari penampang kecil.
Perhitungan drop tegangan adalah sebagai berikut:
R = 2 * (ρ * L) / S,
Ubantalan = I * R,
U% = (Ubantalan / Ulin) * 100,
Dimana:
- 2 - Koefisien karena fakta bahwa arus mengalir tentu dalam dua core;
- R - resistensi konduktor, Ohm;
- ρ - resistensi spesifik konduktor, Ohm * mm2/ m;
- S - bagian konduktor, mm2;
- Ubantalan - penurunan tegangan, V;
- U% - Penurunan tegangan sehubungan dengan Ulin,%.
Menggunakan rumus, Anda dapat secara mandiri melakukan perhitungan yang diperlukan.
Bawa contoh perhitungan
Tugas: menghitung penurunan tegangan untuk kawat tembaga dengan penampang satu inti 1,5 mm2. Diperlukan kawat untuk menghubungkan mesin las listrik satu fasa dengan daya total 7 kW. Panjang kawat 20 m.
Jika Anda ingin menghubungkan mesin las rumah tangga ke cabang listrik, Anda harus mempertimbangkan situasi di mana kabel dirancang. Ada kemungkinan bahwa daya total perangkat yang beroperasi mungkin lebih tinggi. Pilihan terbaik adalah menghubungkan konsumen ke cabang individu
Keputusan:
Langkah 1. Kami menghitung resistansi kawat tembaga menggunakan tabel 9:
R = 2 * (0,0175 * 20) / 1,5 = 0,47 Ohm
Langkah 2. Arus mengalir di sepanjang konduktor:
I = 7000/220 = 31,8 A
Langkah # 3. Tegangan jatuh pada kawat:
Ubantalan = 31.8 * 0.47 = 14.95 V
Langkah # 4. Kami menghitung persentase penurunan tegangan:
U% = (14,95 / 220) * 100 = 6,8%
Kesimpulan: untuk menghubungkan mesin las, sebuah konduktor dengan penampang besar diperlukan.
Perhitungan penampang konduktor sesuai dengan rumus:
Rekomendasi spesialis tentang pemilihan produk kabel dan kawat:
Perhitungan di atas berlaku untuk konduktor tembaga dan aluminium untuk keperluan industri. Untuk jenis konduktor lain, total perpindahan panas sudah dihitung sebelumnya.
Berdasarkan data ini, arus maksimum yang mampu mengalir melalui konduktor dihitung tanpa menyebabkan pemanasan yang berlebihan.
Jika Anda memiliki pertanyaan tentang metodologi untuk menghitung penampang kabel atau memiliki keinginan untuk berbagi pengalaman pribadi, silakan tinggalkan komentar di artikel ini. Kotak umpan balik terletak di bawah ini.